布袋灰中有價金屬鋅和銅的浸出試驗研究

施麗華，王文祥 ，郭艷平 ，江 偉

(1．廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學(xué)院，廣東 佛山 528216；2.廣東省固體廢棄物資源化與重金屬污染控制工程技術(shù)研究中心，廣東 佛山 528216)

在重金屬銅、鉛、鋅等冶煉過程中，備料和火法冶煉過程中都有煙塵、粉塵等產(chǎn)生，煙塵量占原料的2%～50%，大部分是用布袋除塵器收集，最終產(chǎn)物為布袋灰(瓦斯灰)。布袋灰中除含有鋅、銅、鉛、錫等重金屬外，還有砷、汞等對環(huán)境有巨大危害的金屬，所以布袋灰既是一種潛在的金屬資源，又是一種環(huán)境污染物。由于技術(shù)不成熟，早期對布袋灰的處理基本是堆放或填埋，致使大量資源得不到有效利用。近年來，國內(nèi)外學(xué)者開始研究采用冶金技術(shù)處理布袋灰[1-12]，但針對的對象主要是鋼鐵冶煉過程中產(chǎn)生的布袋灰，對有色金屬冶煉過程中產(chǎn)生的布袋灰的研究較少。布袋灰來源不同，其所含金屬種類和狀態(tài)也不同，因此處理方式也有差異。針對銅冶煉過程中產(chǎn)生的布袋灰，研究了采用濕法冶金技術(shù)提取有價金屬鋅和銅，以期解決銅鋅二次資源回收問題及避免有害金屬對環(huán)境的污染問題。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗所用布袋灰取自廣東肇慶某金屬冶煉公司。化學(xué)分析結(jié)果表明，布袋灰中鋅質(zhì)量分數(shù)為24.25%，銅質(zhì)量分數(shù)為11.70%，砷質(zhì)量分數(shù)高達8.93%，鉛質(zhì)量分數(shù)為9.85%。布袋灰的XRD物相分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 布袋灰的XRD分析結(jié)果

由圖1看出：布袋灰的主要成分是硫酸鉛和氧化鋅，基本不含鐵酸鋅鉛;但銅和砷未顯示，可能因為銅、砷物相是以非晶態(tài)形式存在所致，非晶態(tài)存在的物質(zhì)在XRD分析時為背底。

1.2 試驗原理

布袋灰中大部分鋅以氧化鋅形式存在，氧化鋅易溶于酸，用硫酸可將鋅浸出而轉(zhuǎn)入溶液；同時，有價金屬銅、有害金屬砷也被浸出；鉛不被浸出。

鋅浸出反應(yīng)為

(1)

銅和砷的浸出反應(yīng)可能為：

(2)

(3)

1.3 試驗方法

取50 g布袋灰于1 L三口燒瓶中，加入一定體積水和濃硫酸，在設(shè)定溫度下攪拌浸出一定時間后，采用真空抽濾分離濾液和濾渣，分別對濾液和濾渣分析其中鋅、銅、砷質(zhì)量分數(shù)，以渣計算銅、鋅、砷浸出率。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 硫酸濃度對鋅、銅、砷浸出率的影響

試驗條件：溫度70 ℃，浸出時間2 h，液固體積質(zhì)量比6∶1。硫酸濃度對鋅、銅浸出率的影響試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 硫酸濃度對鋅、銅、砷浸出率的影響

由圖2看出：隨硫酸濃度增大，鋅、銅浸出率提高；硫酸濃度為1.61 mol/L時，鋅、銅浸出率分別提高至93.5%和91.3%；再繼續(xù)增大硫酸濃度，鋅、銅浸出率變化不明顯；有害金屬元素砷的浸出率也隨硫酸濃度增大而提高。綜合考慮，確定適宜的硫酸濃度為1.61 mol/L。

2.2 溫度對鋅、銅、砷浸出率的影響

試驗條件：硫酸濃度1.61 mol/L，浸出時間2 h，液固體積質(zhì)量比6∶1。溫度對鋅、銅浸出率的影響試驗結(jié)果如圖3所示。由圖3看出：鋅、銅浸出率均隨溫度升高而提高；溫度升至100 ℃時，鋅浸出率為97.23%，銅浸出率為95.67%，砷浸出率為94.68%。綜合考慮，確定浸出時的溫度以100 ℃為宜。

圖3 溫度對鋅、銅、砷浸出率的影響

2.3 浸出時間對鋅、銅、砷浸出率的影響

試驗條件：硫酸濃度1.61 mol/L，溫度100 ℃，液固體積質(zhì)量比6∶1。浸出時間對鋅和銅浸出率的影響試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸出時間對鋅、銅、砷浸出率的影響

由圖4看出：隨浸出進行，鋅、銅浸出率逐步提高；浸出2 h時，鋅、銅浸出率分別為97.23%和96.78%；再延長浸出時間，鋅銅浸出率變化不大，砷浸出率變化與鋅、銅浸出率變化類似?？紤]到隨浸出時間延長，能耗增大，所以，確定浸出時間以2 h為宜。

2.4 液固體積質(zhì)量比對鋅、銅、砷浸出率的影響

試驗條件：硫酸濃度1.61 mol/L，溫度100 ℃，浸出時間2 h。液固體積質(zhì)量比對金屬浸出率的影響試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 液固體積質(zhì)量比對鋅、銅、砷浸出率的影響

由圖5看出，液固體積質(zhì)量比對鋅、銅、砷浸出率影響不大。較大的液固體積質(zhì)量比有利于體系傳質(zhì)，但會加大水的耗量及降低浸出液中金屬離子濃度，增大后續(xù)處理難度。所以，綜合考慮，確定液固體積質(zhì)量比以6∶1為宜。

3 結(jié)論

有色金屬冶煉布袋灰中的鋅、銅、砷可以用硫酸浸出，之后通過處理溶液使鋅、銅、砷得到回收。適宜條件下，鋅、銅浸出率均可達96%以上，浸出效果較好。此法對設(shè)備要求不高，且浸出過程中基本不產(chǎn)生廢氣，易操作，工作環(huán)境較好。鋅、銅基本浸出完全，但有害金屬砷也被一同浸出進入溶液，后續(xù)需要對溶液脫砷。

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